钢结构在工业厂房运用部分要点探讨

郭俊海

摘要：随着我国经济的发展，各大型工业厂区数量越来越多，特别是在一些化工石油等行业，钢结构体系凭借自身的质轻、安装便利、绿色环保、抗震性能强、施工简洁等优越性能在工业厂房中运用的越来越广泛，现对钢结构在工业领域的运用中的一些设计要点进行探讨，供结构设计人员参考以提高在该领域钢结构的设计质量。

关键词：钢结构;工业厂房;

1 导言

工业建筑一般有着设备荷载较重、柱距较长、设备运行振动强等特点，而且一般厂房的结构平、立面布置不规则，对于抗震来说属于不利的结构布置，调整至符合规范要求的整体指标难度较大。由于中大型工业厂区，工艺设备的投资远远大于土木工程部分的投资，因此可适当提高结构布置、节点设计等部分的安全富裕度，提高结构在地震下的安全性，优化节点类型以加快施工进度、缩短施工周期。

2 工业厂房设计中的钢结构设计部分要点探讨

2.1 前期与各专业的交接

工业厂房一般平、立面均不规则，而特别是在一些高烈度区，在地震作用计算下较难满足规范的一些设计位移要求，因此在初步设计中尽量与工艺、建筑专业交流好结构布置要点，如大型设备尽量布置于结构下部、强振动设备尽量置于地面，大开洞尽量避免设于楼板的角部与端部，当确有需要时，可在结构下部一两层设计为混凝土结构（可将振动大的设备置于此层）、上部设计为钢结构的结构体系。

对于高烈度区，也可让工艺、建筑专业在前期设计中先预留支撑布置位置，原则是尽量由下往上贯通（如无法贯通可在局部错开一跨）、每一榀应至少布置一道，同时应考虑通行及美观问题，如果工艺与建筑专业无法满足时，条件许可可在结构外增加一跨以布置支撑，满足结构在地震设计中的位移要求。

2.2 钢结构刚接柱脚的设计

钢结构柱脚刚性设计一般可设计成外露式柱脚、埋入式柱脚和外包式柱脚。

外露式柱脚一般适用于跨度较小、设备重量较轻的钢结构柱，如中小跨度的门式刚架、厂区或各单体里的操作平台等，设计中应注意为满足柱脚的刚接假定、提高节点在竖向荷载与地震作用下的承载能力和变形能力，为使柱脚形成塑性饺之前地脚螺栓与钢底板不发生屈曲破坏，底部混凝土也不致被压坏，应采用增设加劲肋和地脚螺栓支撑托板等加强措施，同时为使地脚螺栓屈服在柱与底板之后，設计中应预留20% 左右的富裕量。柱脚板底面与基础顶面之间的摩擦力不于剪切荷载处，应设置抗剪键。地脚螺栓仅用于定位与抗拔。

刚性埋入式柱脚因为钢柱脚的埋入长度是影响钢柱脚节点的设计假定、设计荷载与转动能力的重要因素，一般使用该节点形式时基础埋置深度较深（按规范要求，一般是钢柱长边尺寸的2～3 倍），混凝土外皮至钢柱边就不小于180（中柱）毫米、250（边柱与角柱）毫米。设计中应注意：柱脚设计轴力直接传给钢筋混凝土基础或者基础梁，为减少基础埋深将钢柱部分插入基础内部时，应验算钢柱脚下的混凝土冲切是否满足规范要求。

刚性外包式柱脚外包高度对柱脚的内力传递和应变恢复特性有重要作用，一般外包高度为柱长边尺寸的2～3 倍，因外包高度较高、钢柱边混凝土保护层较厚（一般为180 毫米），用于门式刚架时有可能该部分混凝土会在外墙突出，对建筑外形造成一定影响。

2.3 支撑的设计

钢结构框架中的支撑分为中心支撑与偏心支撑等，中心支撑形式包括单斜杆、交叉杆和A 型杆等，对厂房高度不大于50 米且抗震为三、四级的钢结构厂房，宜优先考虑采用中心支撑形式中的交叉杆支撑，此时交叉杆支撑按拉杆设计，结构经济性好。也可布置偏心支撑，按强钢柱、强支撑、弱消能段原则设计，在大地震时可以调节钢框架的刚度、增大变形能力并提高耗能能力，具有稳定的恢复力的特性。

2.4 钢梁与钢柱的连接

钢梁与钢柱连接一般是框架梁与钢柱采用刚接，钢次梁与主梁采用饺接，而采用一定的设计方法可减少现场的焊接工作量与保证施工质量，如框架梁与钢柱的刚接可采用钢柱在工厂焊接一段外伸钢梁后，在现场与框架梁采用腹板高强螺栓连接、翼缘焊接或高强螺栓连接的等强拼接，钢次梁与主梁的连接方式统一采用高强螺栓等强连接，此时连接节点一般只与截面有关，方便工厂加工与现场施工人员操作，缩短施工周期与减少操作失误。

2.5 化学螺栓的使用

因前期设计中其它专业的支架条件可能不齐，或者在施工后才提支架条件给结构专业，需在底层的混凝土结构上使用化学螺栓来设计连接钢板，但是应尽量避免此种情况，因使用化学螺栓的节点对施工要求较高，容易造成螺杆歪斜安装或切断混凝土内的钢筋，使节点处于受力的不利状态。

2.6 组合楼板的设计

组合楼板包括开（闭）口型组合楼板、钢筋桁架组合楼板等，而在具体设计中，组合楼板充当施工的模板时，应注意此时需在组合楼板板低涂抹防火防腐涂料带来的投资费用增加。

2.7 在腐蚀环境中的结构设计

经过长期的氧化作用，钢结构构件会受到不同程度的腐蚀，当工业厂房中的环境温度较大时会加速腐蚀，而钢构件腐蚀后截面减小、载荷能力下降。因此在设计过程中应考虑腐蚀因素制定合理的防腐方案，并宜在截面设计中考虑厂房在使用过程中的腐蚀量。

2.8 钢厂房的防火设计

钢结构防火性能差，而一些工业厂房内存在高温操作环境要求，随着温度的不断上升，构件的强度逐渐降低、应变逐渐变大，带来不容忽视的隐患。所以在设计中，对钢结构厂房的防火等级与防火范围需进行合理的划分，防火涂层的底漆、防火涂料及面漆尽量由同一生产厂提供，否则应保证防锈底漆、防腐面层与防火涂料相适应，并具有良好的结合力，确保工业厂房在高温环境中的防火性能达到设计要求。

2.9 荷载的组合

部分工业设备的荷载包括净质量、操作质量和充水质量，一般充水质量会比净质量与操作质量大很多，如果将些充水荷载直接输入结构模型中参与各种荷载组合，不止造成基础荷载的增加，还会造成各构件计算错误与材料浪费。

按照国家行业标准《化工、石化建（构）筑物荷载设计规定》HT/T20674 的规定，在进行荷载组合时充水质量与操作质量并不参与地震组合，此时可大幅度降低在地震组合下的地震力，节约结构材料的重量并保证计算结果的合理性。

3 结语

在工业厂房的设计过程中，结构设计不能只看到建筑本身，更要考虑建筑的服务目标、所处环境等各种要素。

随着科技发展与人们环保意识的加强，钢结构体系在土木工程的运用越来越广泛，是很多企业建造厂房的首选体系，结构设计人员在进行钢结构厂房的设计时应重视概念设计与传力路径的明确，从前期就抓住设计要点，保证后期设计的顺利开展和设计质量，确保厂房的安全性与可靠性满足使用要求。

参考文献：

[1] 李星荣，魏才昂，丁峙崐，李和华.《钢结构连接节点设计手册》（第四版），2019 年5 月.

[2] 中冶京诚工程技术有限公司.《 钢结构设计标准》 GB50017，2017.

[3] 于洋. 钢结构工业厂房设计的现状及改造措施[J]. 绿色环保建材，2019（03）：57+59.

[4] 陆雄伟. 钢结构设计在工业厂房结构设计中的应用探讨[J]. 建材与装饰，2019（13）：102-103.

（作者身份证号码：130434198910273915）